KR101404463B1 - 웨이퍼 지지장치를 이용한 웨이퍼 접합 및 분리 방법 - Google Patents

웨이퍼 지지장치를 이용한 웨이퍼 접합 및 분리 방법 Download PDF

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김근수
강대병
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Abstract

본 발명은 웨이퍼 지지장치 및 이를 이용한 웨이퍼 접합 및 분리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼 지지장치의 웨이퍼 지지체 위에 웨이퍼를 접착시켜 백그라인딩 등의 가공을 한 후, 웨이퍼 지지체로부터 웨이퍼를 손쉽게 분리시킬 수 있도록 한 웨이퍼 지지장치 및 이를 이용한 웨이퍼 접합 및 분리 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 웨이퍼 지지체에 다수의 디본딩용 홀을 가공하여 그 위에 접착제를 도포하여 웨이퍼를 접착시키고, 웨이퍼 가공 공정후 디본딩용 홀을 통하여 디본딩을 위한 수단(화학적 용액, 에어, 히팅 등)을 웨이퍼의 저면부로 용이하게 침투시킬 수 있도록 함으로써, 웨이퍼 지지체로부터 웨이퍼를 손쉽게 분리시킬 수 있는 웨이퍼 지지장치 및 이를 이용한 웨이퍼 접합 및 분리 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

웨이퍼 지지장치를 이용한 웨이퍼 접합 및 분리 방법{Wafer support system and method for bonding and debonding wafer using the same}
본 발명은 웨이퍼 지지장치 및 이를 이용한 웨이퍼 접합 및 분리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼 지지장치의 웨이퍼 지지체 위에 웨이퍼를 접착시켜 백그라인딩 등의 가공을 한 후, 웨이퍼 지지체로부터 웨이퍼를 손쉽게 분리시킬 수 있도록 한 웨이퍼 지지장치 및 이를 이용한 웨이퍼 접합 및 분리 방법에 관한 것이다.
최근 3차원 실장형 반도체 패키지로서, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)용 칩, 바이오 칩(Biochip), 이미지 센서용 칩 등이 여러가지 기능을 갖는 통합형 패키지가 요구되고 있으며, 이에 3차원 통합형 반도체 패키지에 대한 보다 효율적인 제조 방법이 지속적으로 연구 개발되고 있다.
3차원 실장을 하기 위한 반도체 패키지의 크기는 소형이면서 얇은 것을 요구하고 있는 추세에 있으며, 일례로 반도체 웨이퍼 상에 복수의 반도체 패키지를 구현한 후, 이면 연마(background grind)에 의해 반도체 웨이퍼의 두께를 얇게 한 후, 다이싱에 의해 반도체 웨이퍼를 절단하여 반도체 패키지를 개별화하는 방법이 실시되고 있다.
3차원 실장형 반도체 패키지를 제조하기 위해서는, 상기 웨이퍼를 이면 연마하거나 또는 웨이퍼에 관통 실리콘 비아(TSV: Through Silicon Via)를 관통 형성하는 공정이 포함되는 바, 이러한 공정시 웨이퍼가 얇기 때문에 웨이퍼를 임시로 접합시켜 고정시킬 수 있는 별도의 웨이퍼 지지장치(WSS: Wafer Support System)를 사용하고 있으며, 이 웨이퍼 지지장치의 일 형태로는 글래스 또는 실리콘 블럭체 등을 이용하고 있다.
이에, 웨이퍼를 글래스 또는 실리콘 블럭체로 이루어진 웨이퍼 지지체 위에 접합시킨 상태에서, 웨이퍼를 얇게 하는 이면 연마 또는 관통 실리콘 비아 등을 가공하는 공정 등이 실시된다.
여기서, 종래의 웨이퍼 지지장치의 웨이퍼 지지체에 웨이퍼를 접합시키는 과정을 첨부한 도 5를 참조로 설명하면 다음과 같다.
종래의 웨이퍼 지지장치의 웨이퍼 지지체(10 : 예를 들어, 원판 형태의 글래스 또는 실리콘 블럭체)는 웨이퍼 가공(백그라인딩, 관통 실리콘 비아 형성 등)을 위한 일종의 가공 다이 역할을 하는 것으로서, 중앙면에는 접착제가 붙지 않도록 화학적 표면 처리가 되어 있다.
즉, 상기 웨이퍼 지지체(10)의 중앙면은 화학적 표면 처리에 의한 접착제 미접합 영역(12)으로 형성되고, 링 형상을 이루는 테두리 영역에 웨이퍼 고정을 위한 접착제 접합 영역(14)으로 형성된다.
따라서, 웨이퍼(20)의 일면에 스핀 코팅에 의한 접착제(22, adhesive)가 코팅되는 단계와, 웨이퍼(20)의 일면(접착제가 코팅된 면)을 웨이퍼 지지체(10)의 표면에 안착시켜 접합시키는 과정을 통하여 웨이퍼 지지체(10)에 웨이퍼(20)가 접합 고정된다.
이때, 상기 웨이퍼(20)의 일면에 코팅된 접착제(22) 중, 웨이퍼(20)의 중앙영역에 코팅된 접착제(22)는 웨이퍼 지지체(10)의 접착제 미접합 영역(12)에는 접합되지 않고, 웨이퍼(20)의 링 형상을 이루는 테두리 영역에 코팅된 접착제(22)는 웨이퍼 지지체(10)의 접착제 접합 영역(14)에 접합된다.
이렇게 웨이퍼(20)를 웨이퍼 지지체(10) 위에 접착 고정시킨 다음, 웨이퍼 가공 공정(백그라인딩, 관통 실린콘 비아 형성 등)을 진행하게 된다.
이후, 웨이퍼 가공 공정이 종료되면 웨이퍼 지지체(10)로부터 웨이퍼(20)를 다시 분리하여 반도체 패키지 제조를 위한 추후 공정라인으로 보내게 된다.
그러나, 종래의 웨이퍼 지지장치 및 이를 이용한 웨이퍼 접합 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
웨이퍼의 링 형상을 이루는 테두리 영역과 웨이퍼 지지체의 링 형상을 이루는 접착제 도포영역이 접착제에 의하여 한 번 접합된 후, 웨이퍼를 다시 분리시키는데 어려움이 있다.
즉, 웨이퍼 지지체과 웨이퍼를 접착하고 있는 접착제를 분해하기 위하여 솔벤트와 같은 화학적 용액을 침투시켜야 하지만, 웨이퍼의 테두리 영역과 웨이퍼 지지체의 테두리 영역이 접착제에 의하여 완전하게 밀착되며 접합된 상태이므로, 화학적 용액을 침투시키는 시간이 너무 오래 걸리는 단점이 있다.
다시 말해서, 완전 밀착되어 접합된 웨이퍼의 테두리 영역과 웨이퍼 지지체의 테두리 영역 간의 틈새로 화학적 용액이 제대로 침투되지 않아 웨이퍼 지지체으로부터 웨이퍼를 분리하는 시간이 오래 걸리고, 또한 접착제의 분해가 제대로 이루어지지 않아 웨이퍼가 손쉽게 분리되지 않는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 웨이퍼 지지체에 다수의 디본딩용 홀을 가공하여 그 위에 접착제를 도포하여 웨이퍼를 접착시키고, 웨이퍼 가공 공정후 디본딩용 홀을 통하여 디본딩을 위한 수단(화학적 용액, 에어, 히팅 등)을 웨이퍼의 저면부로 용이하게 침투시킬 수 있도록 함으로써, 웨이퍼 지지체로부터 웨이퍼를 손쉽게 분리시킬 수 있는 웨이퍼 지지장치 및 이를 이용한 웨이퍼 접합 및 분리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 웨이퍼 가공을 위하여 웨이퍼를 접합 고정시키는 웨이퍼 지지체의 전체 또는 일부영역에 상하로 관통된 디본딩용 홀을 형성하여, 웨이퍼 지지체의 상면에 접착되는 웨이퍼의 저부가 디본딩용 홀을 통하여 노출되도록 한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 디본딩용 홀은 웨이퍼 지지체의 링 형상을 이루는 테두리 영역에만 형성되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 웨이퍼 지지체의 상면에는 접착제 도포용 롤러에 의하여 도포되는 접착제층이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 웨이퍼 지지체의 전체 또는 일부영역에 상하로 관통된 다수의 디본딩용 홀을 형성하는 단계와; 상기 디본딩용 홀을 포함하는 웨이퍼 지지체의 상면에 걸쳐 접착제를 도포하여 접착제층을 형성하는 단계와; 상기 웨이퍼 지지체의 상면에 웨이퍼를 안착시켜 접착제층에 의하여 접착 고정되도록 하는 단계와; 웨이퍼 지지체에 접착된 웨이퍼에 대한 가공이 진행되는 단계와; 웨이퍼 가공 후, 웨이퍼 지지체의 저면으로부터 디본딩용 홀을 경유하여 웨이퍼의 저면부로 웨이퍼 디본딩용 유체를 공급하는 단계와; 디본딩용 홀을 통해 공급된 웨이퍼 디본딩용 유체에 의하여 접착제층이 분해된 후, 웨이퍼를 웨이퍼 지지체로부터 분리하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지장치를 이용한 웨이퍼 접합 및 분리 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 웨이퍼 지지체에 형성되는 디본딩용 홀은 레이저 빔 가공에 의하여 관통 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 웨이퍼 지지체의 상면에 도포되는 접착제층은 디본딩용 홀내로 접착제가 흐르는 것을 방지하고자 접착제 도포용 롤러의 롤링 동작에 의하여 도포되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 웨이퍼 지지체의 디본딩용 홀로 공급되는 웨이퍼 디본딩용 유체는 화학적 용액인 솔벤트와, 에어압 공급수단에 의하여 공급되는 에어와, 히팅수단으로부터 공급되는 가열공기 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 웨이퍼 지지체의 전체 또는 일부 영역에 상하로 관통된 다수의 디본딩용 홀을 가공하고, 그 위에 접착제를 도포하여 웨이퍼를 접착시킴으로써, 웨이퍼를 용이하게 접착 고정시켜 웨이퍼 가공을 원활하게 실시할 수 있다.
특히, 웨이퍼 가공 공정후 디본딩용 홀을 통하여 디본딩을 위한 수단(화학적 용액, 에어, 히팅공기 등)을 웨이퍼의 저면부로 용이하게 침투시켜서, 접착제의 분해가 원활하게 이루어질 수 있도록 함으로써, 웨이퍼 지지체로부터 웨이퍼를 손쉽게 분리시킬 수 있고, 또한 웨이퍼 분리 시간을 기존에 비하여 크게 단축시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 지지장치를 나타낸 개략적 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 지지장치를 이용한 웨이퍼 접합 및 분리 방법을 나타낸 개략적 단면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 지지장치를 나타낸 개략적 사시도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 지지장치를 이용한 웨이퍼 접합 및 분리 방법을 나타낸 개략적 단면도,
도 5는 종래의 웨이퍼 지지장치에 웨이퍼를 접합시키는 과정을 나타낸 개략도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 웨이퍼를 임시로 접합시켜 고정시키는 웨이퍼 지지장치의 구조를 새롭게 개선하여, 웨이퍼 가공을 위하여 웨이퍼를 견고하게 접착 고정시킬 수 있음을 물론, 웨이퍼 가공후 웨이퍼 지지장치로부터 웨이퍼를 손쉽게 분리시킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
이를 위해, 상기 웨이퍼 지지장치의 웨이퍼 지지체(10) 즉, 글래스 또는 실리콘 재질로 된 원판형 블럭 형상으로 만들어진 웨이퍼 지지체(10)에 상하로 관통된 다수의 디본딩용 홀(16)이 형성된다.
본 발명의 일 실시예로서 상기 디본딩용 홀(16)은 웨이퍼 지지체(10)의 전체 면적에 걸쳐 관통 형성되거나, 또는 본 발명의 다른 실시예로서 웨이퍼 지지체(10)의 링 형상을 이루는 테두리 영역과 같이 일부 영역에만 관통 형성된다.
상기 웨이퍼 지지체(10)에 형성되는 디본딩용 홀(16)은 레이저 빔 가공에 의하여 일정 간격 또는 불규칙한 간격으로 관통 형성된다.
또한, 상기 웨이퍼 지지체(10)의 상면에는 별도의 접착제 도포용 롤러(30)에 의하여 접착제가 도포되어 균일한 두께의 접착제층(18)이 형성된다.
이때, 상기 웨이퍼 지지체(10)의 상면에 접착제를 분사 도포한다면, 접착제가 디본딩용 홀(16)의 내부로 흘러 디본딩용 홀을 막을 수 있으므로, 이를 방지하고자 접착제 도포용 롤러(30)의 롤링 동작에 의하여 디본딩용 홀(16)을 제외한 웨이퍼 지지체(10)의 상면에만 접착제를 도포시킬 수 있다.
따라서, 상기 웨이퍼 지지체(10) 위에 웨이퍼(20)를 안착시켜 접착제층(18)을 매개로 접착시키면, 디본딩용 홀(16)을 통하여 웨이퍼(20)의 저면이 노출되는 상태가 되고, 또한 디본딩용 홀(16)을 통하여 웨이퍼 지지체(10)와 웨이퍼(20) 간의 접착면 즉, 접착제층(18)으로 접착제 분해를 위한 디본딩용 유체를 용이하게 공급할 수 있다.
여기서, 상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 웨이퍼 지지체를 이용한 웨이퍼 접착 및 분리 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기와 같이 전체 또는 일부영역에 다수의 디본딩용 홀(16)이 상하로 관통된 웨이퍼 지지체(10)가 구비된다.
물론, 상기 디본딩용 홀(16)을 포함하는 웨이퍼 지지체(10)의 상면에 걸쳐 접착제층(18)이 형성되며, 이 접착제층(18)은 접착제 도포용 롤러(30)의 접착제 도포를 위한 롤링 동작에 의하여 디본딩용 홀(16)을 제외한 웨이퍼 지지체(10)의 상면에 균일한 두께로 형성된다.
다음으로, 상기 웨이퍼 지지체(10)의 상면에 웨이퍼(20)를 안착시켜 접착제층(18)에 의하여 접착 고정되도록 한다.
연이어, 상기 웨이퍼 지지체(10)에 접착 고정된 웨이퍼(20)에 대하여 웨이퍼를 얇게 하는 이면 연마 또는 관통 실리콘 비아 등을 가공하는 공정 등이 실시된다.
이렇게 웨이퍼 가공이 종료되면, 반도체 패키지 제조를 위한 후공정으로 웨이퍼를 보내야 하므로, 웨이퍼(20)를 웨이퍼 지지체(10)로부터 분리하는 단계가 진행된다.
이를 위해, 상기 웨이퍼 지지체(10)의 저면으로부터 디본딩용 홀(16)을 경유하여 웨이퍼(20)의 저면부로 웨이퍼 디본딩용 유체(24)가 공급된다.
상기 웨이퍼 디본딩용 유체(24)는 웨이퍼 지지체(10)와 웨이퍼(20) 간의 접착제층(18)을 분해시켜 접착력을 없애주는 물질로서, 화학적 용액인 솔벤트와, 에어압 공급수단(미도시됨)에 의하여 일정 압력 이상으로 공급되는 에어와, 히팅수단(미도시됨)으로부터 공급되는 가열공기 중 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
따라서, 상기 디본딩용 홀(16)을 통해 솔벤트를 주입하거나, 에어압 공급수단에 의한 일정 압력 이상의 에어를 주입하거나, 또는 히팅수단에 의하여 가열된 가열공기를 주입함으로써, 각 디본딩용 유체(24)가 웨이퍼 지지체(10)와 웨이퍼(20) 간의 접착제층(18)으로 용이하게 침투하여 접착제층(18)의 분해가 이루어진다.
즉, 디본딩용 홀(16)을 통하여 웨이퍼 지지체(10)와 웨이퍼(20) 간의 접착제층(18) 둘레부가 노출된 상태이므로, 디본딩용 유체(24)가 접착제층(18)에 직접 접촉되며 용이하게 침투되어, 결국 접착제층(18)의 신속한 분해가 이루어져 접착력을 상실하게 된다.
이렇게 디본딩용 홀(16)을 통하여 공급된 웨이퍼 디본딩용 유체(24)에 의하여 접착제층(18)이 신속하게 분해되어 접착력을 상실하게 됨으로써, 웨이퍼(20)를 웨이퍼 지지체(10)로부터 손상없이 손쉽게 분리할 수 있다.
이후, 웨이퍼 지지체(10)로부터 분리된 웨이퍼(20)는 반도체 패키지 제조를 위한 추후 공정라인으로 보내져 반도체 장치를 제조하는데 이용된다.
10 : 웨이퍼 지지체
12 : 접착제 미접합 영역
14 : 접착제 접합 영역
16 : 디본딩용 홀
18 : 접착제층
20 : 웨이퍼
22 : 접착제
24 : 웨이퍼 디본딩용 유체
30 : 접착제 도포용 롤러

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 웨이퍼 지지체(10)의 전체 또는 일부영역에 상하로 관통된 다수의 디본딩용 홀(16)을 형성하는 단계와;
    상기 디본딩용 홀(16)을 포함하는 웨이퍼 지지체(10)의 상면에 걸쳐 접착제를 도포하여 접착제층(18)을 형성하는 단계와;
    상기 웨이퍼 지지체(10)의 상면에 웨이퍼(20)를 안착시켜 접착제층(18)에 의하여 접착 고정되도록 하는 단계와;
    웨이퍼 지지체(10)에 접착된 웨이퍼(20)에 대한 가공이 진행되는 단계와;
    웨이퍼 가공 후, 웨이퍼 지지체(10)의 저면으로부터 디본딩용 홀(16)을 경유하여 웨이퍼(20)의 저면부로 웨이퍼 디본딩용 유체(24)를 공급하는 단계와;
    디본딩용 홀(16)을 통해 공급된 웨이퍼 디본딩용 유체(24)에 의하여 접착제층(18)이 분해된 후, 웨이퍼(20)를 웨이퍼 지지체(10)로부터 분리하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지장치를 이용한 웨이퍼 접합 및 분리 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지체(10)에 형성되는 디본딩용 홀(16)은 레이저 빔 가공에 의하여 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지장치를 이용한 웨이퍼 접합 및 분리 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지체(10)의 상면에 도포되는 접착제층(18)은 디본딩용 홀(16)내로 접착제가 흐르는 것을 방지하고자 접착제 도포용 롤러(30)의 롤링 동작에 의하여 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지장치를 이용한 웨이퍼 접합 및 분리 방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지체(10)의 디본딩용 홀(16)로 공급되는 웨이퍼 디본딩용 유체(24)는 화학적 용액인 솔벤트와, 에어압 공급수단에 의하여 공급되는 에어와, 히팅수단으로부터 공급되는 가열공기 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지장치를 이용한 웨이퍼 접합 및 분리 방법.
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